Une des méthodes les plus populaires et largement utilisée pour l’amélioration des sols compressibles est la technique d'inclusions rigides verticales qui constitue une alternative intéressante aux techniques plus traditionnelles telles que le pré-chargement, la mise en place de drains verticaux, le remplacement du sol en place, etc.Le Projet National ASIRI (Amélioration du Sol par Inclusions Rigides) a permis d’apporter des réponses sur le comportement de cette technique de renforcement et d’établir des recommandations de dimensionnement et de réalisation. Celui-ci comprend un volet expérimental (expérimentations en vraie grandeur, modèles physiques réduits à 1g, études en chambre d’étalonnage) et un volet numérique. Cependant, les recommandations publiées par ASIRI sont limitées aux cas de chargement monotone. Pourtant, différents cas de structures sous chargement cyclique sont couramment rencontrés dans la pratique: chargement des vagues sur les structures offshore, force du vent, charge sismique, la charge de trafic, remplissage et vidange de réservoirs, chargement et déchargement des zones de stockage… Cela nécessite alors de comprendre le comportement sous chargement cyclique et/ou dynamique de ces ouvrages.Ce travail de thèse constitue une contribution à la compréhension du comportement de ce type d’ouvrage, et s’intéresse plus particulièrement à la modélisation des mécanismes qui se développent dans le matelas de transfert de charge lors d’un chargement cyclique vertical quasi-statique. Il se fait suivant deux approches complémentaires : Expérimentale : par des essais sur un nouveau modèle physique réduit tridimensionnel à 1g et à l’échelle 1/10ème, Numérique : par la modélisation numérique tridimensionnelle en milieu continu utilisant le logiciel FLAC3D.Dans un premier temps, le travail expérimental réalisé nous a permis d’étudier le comportement de cette technique de renforcement sous chargement monotone et cyclique mettant en œuvre la méthode de corrélations d’images. La modélisation physique réalisée nous a permis d’étudier l’influence de l’épaisseur de la plateforme de transfert de charge granulaire et des conditions aux limites (cas remblai/cas dallage).Dans un deuxième temps, les résultats expérimentaux nous ont servi comme une base de données pour la validation d’un modèle numérique en milieu continu. La première étape de la modélisation numérique consiste à valider un modèle numérique à la même échelle réduite du modèle physique. La validation de l’approche de modélisation numérique à échelle réduite nous a permis, dans une deuxième étape, de réaliser une étude paramétrique afin de déterminer l’influence des différents paramètres sur le comportement du système. / One of the most popular and widely used methods for soft soil improvement is the reinforcement using vertical rigid inclusions. It constitutes an interesting alternative to the other traditional techniques such as preloading, vertical drains, replacing soil etc...The national French project ASIRI (Amélioration du Sol par Inclusions Rigides) allowed to provide answers about the behavior of this technique and to establish recommendations for design and construction. It included an experimental part (full-scale, 1g physical model experiments and calibration chamber studies) and a numerical part. However, the recommendations established by ASIRI are limited to the case of monotonic loading. Yet, various cases of structures under cyclic loading are commonly encountered in practice: waves loading on offshore structures, wind strength, seismic load, traffic load, filling and emptying of tanks, loading and unloading of storage areas... This then requires the understanding of the behavior of this technique under cyclic and/or dynamic loading.The work done in this thesis constitutes a contribution to understanding the behavior of this type of structures, and is particularly interested in modeling the mechanisms that develop in the load transfer mattress under a quasi-static vertical cyclic loading . Two complementary approaches have been followed: Experimental: by performing experimental tests using a new 1g tridimensional physical model with a scale factor of 1/10, Numerical: by performing numerical tridimensional simulations in a continuous media using the software FLAC3D.At first, the experimental work has allowed us to study the behavior of this reinforcement technique under monotonic and cyclic loading implementing the digital image correlation method. A parametric study performed with the physical modeling allowed us to study the influence of the granular load transfer platform (LTP) and the boundary conditions (presence of a rigid slab at the surface of the LTP).Secondly, the experimental results have served as a database for the validation of a numerical model in continuous medium. The first step of the numerical modeling is to validate a numerical model at the same reduced scale of the physical model. The validation of the numerical modeling approach at the reduced scale allowed us in a second step to perform a parametric study in order to determine the influence of different parameters on the behavior of the system.

Ce travail s'inscrit dans le contexte des techniques de renforcement des sols, permettant d'améliorer les performances mécaniques de terrains de qualité médiocre. Parmi ces techniques, l'utilisation d'inclusions souples prenant la forme de colonnes ou de tranchées croisées connaît une diffusion croissante. Même si les aspects relatifs à leur procédé de construction sont aujourd'hui bien maîtrisés, les méthodes de dimensionnement de ces ouvrages en sols renforcés restent à améliorer. Dans cette thèse, nous proposons d'utiliser la méthode d'homogénéisation afin d'analyser le comportement global des ouvrages en sols renforcés, dans le cadre de la théorie de l'élasticité (propriétés de rigidité) aussi bien que dans celle du calcul à la rupture (propriétés de résistance). Tenant compte de la périodicité géométrique des différentes configurations de renforcement, nous déterminons le comportement des sols renforcés tout d'abord au niveau local puis à l'échelle de l'ouvrage. Pour évaluer les capacités de résistance des ouvrages en sols renforcés, les approches statique et cinématique du calcul à la rupture sont mises en œuvre analytiquement ou numériquement selon la nature du matériau de renforcement utilisé. Par des formulations numériques innovantes adaptées à cette théorie, nous parvenons notamment à évaluer les domaines de résistance macroscopiques des sols renforcés par colonnes ou tranchées croisées, qui peuvent ensuite être pris en compte dans le comportement à la rupture des ouvrages en sols renforcés. Deux exemples d'application de cette procédure, relatifs au problème de capacité portante d'une semelle de fondation reposant sur un sol renforcé d'une part et à l'analyse de la stabilité d'un remblai d'autre part, sont effectués / This work takes place in the context of soil reinforcement techniques, aimed at improving the mechanical performances of poor quality grounds. Among these techniques, the use of soft inclusions taking the form of columns or cross trenches has known important developments. Even if the aspects relative to their construction process are presently well mastered, the design methods of such reinforced soil structures still remain to be greatly improved. The present work advocates the use of the homogenization method for assessing the global behavior of reinforced soil structures, both in the context of linear elasticity (stiffness properties) and in the framework of yield design (strength properties). Taking into account the geometrical periodicity of the various reinforcement configurations, we thus determine the behavior of the reinforced soils first locally and then at the global scale. To assess the strength capacities of reinforced soil structures, the static and kinematic approaches of the yield design theory are performed analytically or numerically depending on the kind of reinforcing material which is used. Adopting innovative numerical formulations dedicated to this theory, we can notably evaluate the macroscopic strength domains of column as well as cross trench reinforced soils which can then be introduced in the yield design of reinforced soil structures. Two illustrative applications of this procedure are performed relating to the bearing capacity problem of a reinforced soil shallow foundation on the one hand, the stability analysis of an embankment on the other hand

L’allégement des véhicules est une préoccupation majeure de l’industrie automobile, puisque cela permet de réduire les émissions des gaz à effet de serre, ce qui entraînerait une réduction des impacts de ceux-ci sur l’environnement à l’échelle mondiale. Cette volonté d’allégement des véhicules tout en restant accessible en termes de coûts, a conduit au remplacement des matériaux métalliques par des composites à matrices thermoplastiques pour de nombreuses applications. Le compromis entre la tenue thermomécanique et le coût massique du matériau amène à sélectionner des matrices polyamides renforcées par des fibres de verre courtes, et mises en forme par injection. Cependant, les outils prédictifs du comportement et les critères robustes pour la caractérisation des propriétés en fatigue, manquent encore. Ils sont pourtant indispensables pour la conception de pièces structurelles dans l’industrie automobile. La caractérisation en fatigue des polyamides renforcés de fibres de verre courtes présente de nombreuses difficultés, liées au comportement fortement non linéaire de la matrice dans les conditions de service visées (température et humidité), à la nature composite de ces matériaux, à l’influence du procédé de fabrication (orientation des fibres) et au caractère fortement dissipatif de la matrice thermoplastique (augmentations de température non négligeables lors des chargements cycliques). Un enjeu majeur est de comprendre les liens entre la microstructure, le chargement thermo-(hygro)-mécanique et les propriétés de fatigue (sites d’initiation, scénarios d’évolution, critère de rupture). Le premier objectif de cette thèse est de proposer des protocoles d’analyse permettant de caractériser l’influence de chaque paramètre sur le comportement en fatigue. Par ailleurs, la complexité des pièces industrielles en termes de géométrie et d’orientation des fibres soulève la question de la pertinence des éprouvettes classiques. Le second objectif principal de cette thèse est donc de concevoir des éprouvettes représentatives en terme d’orientation des fibres et d’accidents géométriques des pièces industrielles (appelées éprouvettes de structure) et de valider pour ces cas complexes, les démarches et critères proposés. Pour répondre à ces objectifs, nous souhaitons proposer un protocole basé sur des mesures d’auto-échauffement, qui donnerait accès d’une part aux champs d’énergie dissipée pour les cas hétérogènes investigués et qui offrirait, d’autre part, une opportunité de caractérisation rapide des propriétés en fatigue au travers de critères énergétiques / Vehicle weight reduction is a major issue in the automotive industry, because this contributes to reducing global warming emissions, resulting in a reduction of negative environmental impacts at the worldwide scale. To replace heavy metallic materials conventionally used, short fiber reinforced thermoplastics (SFRT) provide today a major opportunity to obtain lightweight automotive parts at a reasonable cost for several applications. The cost and the thermomechanical properties motivate the choice of polyamide matrix reinforced with glass fibers manufactured by injection molding. However, predictive modeling behavior tools and robust fatigue criteria must be identified. Both are needed for the design of structural pieces in the automotive industry. The fatigue design of SFRT components for structural applications in the automotive industry requires an accurate knowledge of several factors because the material features are complex, these features are related to the strong nonlinear behavior of the matrix under the service conditions (temperature and humidity), the composite nature of the material, the influence of the injection molding (fiber orientation) and the dissipative characteristics of the thermoplastic matrix (significant temperature rise during the cyclic loadings). A major issue is to understand the relations between the microstructure, the thermo-hydro-mechanical loading and the fatigue properties (fatigue initiation sites, evolution scenarios, and failure criterion). The first objective of this thesis is to suggest methods that allow for the characterization of the influence of each parameter on the fatigue behavior. Furthermore, the complexity of the industrial pieces in terms of geometry and fiber orientation challenges the relevancy of the classical samples. The second objective of this thesis is consequently to design more complex samples that intend to be representative in terms of fiber orientation and geometric details found in the industrial pieces (called structural samples) and to validate the methods and the fatigue criteria suggested for these complex cases. To achieve these objectives, a method based on thermal measurements giving access to the dissipation fields for the heterogeneous cases considered is proposed, this method also offers a very high reduction of the characterization duration of the fatigue properties through energetic criteria

Les présents travaux, à caractère numérico-expérimental, visent à approfondir la connaissance relative au comportement de murs maçonnés, principalement ceux renforcés par matériaux composites vis-à-vis de sollicitations dans leur plan (flexion composée). Ils s'inscrivent dans le cadre de la réhabilitation du patrimoine bâti vis-à-vis du risque sismique notamment du fait de la reconsidération du zonage en France rendu depuis peu plus exigeant. Aussi, d'un point de vue technologique, cette thèse vise à apprécier, évaluer et hiérarchiser l'intérêt et les potentialités de solutions de renforcement mobilisant des matériaux composites, à base polymère ainsi que des composites textile-mortier de nouvelle génération, couplés à des ancrages mécaniques ayant vocation à mieux valoriser ce type d'options. Deux échelles d'analyse ont été retenues dans le cadre de la partie expérimentale. A l'échelle du matériau, dans le but de caractériser finement les matériaux constitutifs de la maçonnerie de briques de béton creux et de générer des jeux de données aussi pertinents que fiables, notamment en prévision de la modélisation numérique, des essais de compression uni-axiale et de push-out à l'échelle « réduite » ont été conduits et ont permis de souligner, en accord avec la littérature, la nécessité de tenir compte de l'interaction brique-mortier, de consolider la compréhension des mécanismes d'endommagement et de rupture des éléments de maçonnerie tout en mettant en lumière l'importance relative des dispersions obtenues. A l'échelle du composant de structure, une campagne expérimentale de flexion composée portant sur six murs, dont un mur témoin, a été conduite sous sollicitations de flexion composée dans le plan des murs avec pour impératif la nécessité de restituer les conditions limites et de sollicitations sous séisme, tout en limitant le champ de l'étude au volet statique monotone en vue d'éprouver les solutions valorisées (matériaux composites et ancrage).Cette partie a permis, audelà de la mise en avant des bonnes dispositions en termes de capacité portante, d'une part, de caractériser comparativement le comportement de ces éléments tant à l'échelle globale (déplacement, capacité de déformation et de dissipation d'énergie, etc.) qu'à l'échelle locale (endommagement, déformations localisées, etc.) via une instrumentation judicieuse, et d'autre part de cerner l'importance des ancrages mécaniques vis-à-vis des sollicitations étudiées. L'approche numérique, de type éléments finis, a été mise à profit dans un deuxième temps pour tenter de restituer le comportement des murs (à l'échelle locale et globale). Sur la base d'une lecture bibliographique critique c'est l'approche micromécanique qui a eu nos faveurs. La modélisation a été conduite en trois dimensions (3D) à l'aide du logiciel ANSYS. Ainsi, les briques et le mortier sont modélisés indépendamment mais liés parfaitement. Deux variantes ont été proposées pour la modélisation de la maçonnerie saine et leur adéquation a été évaluée. Le premier modèle s'appuie sur un couplage entre le modèle de béton d'Ansys en traction et un comportement multilinéaire en compression pour modéliser le mortier, les briques sont supposées pourvues d'un comportement élasto-plastique bilinéaire pour lequel la résistance en compression de la brique est le seuil de la phase élastique. Dans le deuxième modèle, plus en phase avec les constats expérimentaux, seul le comportement des briques est modifié en introduisant un comportement post-pic adoucissant. En ce qui concerne la modélisation des murs renforcés par matériaux composites, ces derniers (FRP et TRC) ont été considérés comme parfaitement liés au substrat de maçonnerie. Toutefois, si le renfort de type FRP est modélisé par un comportement homogène orthotrope, le TRC, rarement modélisé jusqu'à lors, est simulé via deux approches (homogène et hétérogène) dans le but d'apprécier leur pertinence... / This study, using both experimental and numerical approaches, will help to better understand the behaviour of masonry walls. It especially focuses on walls reinforced with composite materials under in-plane loading conditions. In France, more stringent seismic design requirements for building structures have taken effect. So, this research has been initiated in an effort to define reliable strengthening techniques. The selected reinforcement materials are (1) – fiber reinforced polymer (FRP) strips using E-glass and carbon fabrics and (2) – an emerging cementbased matrix grid (CMG) system. The composite strips are mechanically anchored into the foundations of the walls to improve their efficiency. The experimental program involves different levels of analysis. Small-scale models of block masonry structures, carried out with less than ten bricks, are tested. The objective is to obtain a coherent set of data, characterizing the elementary components (hollow bricks and mortar) and their interface, in order to provide realistic values of the parameters required in the foreseen modelling. Shear bond strength has been obtained from triplets and 7-uplets and compressive masonry strength from running bond prisms. These experimental results improve the knowledge of the main damage mechanisms and failure modes of masonry but they suffer from high scattering. At laboratory (large) scale, six walls have been submitted to shear-compression tests - five of them are reinforced and the last one acts as a reference. All the walls share the same boundary and compressive loading conditions, which are chosen to ensure a representative simulation of a seismic solicitation. Nevertheless, masonry walls performances and anchor efficiency are only evaluated under monotonic lateral loadings. A comparative study on global behavior (displacements, deformation capacity, energy dissipation,…) as well as on local mechanisms (local strains, damage,…) is carried out and highlights in particular that strengthened walls exhibit a high increase in shear resistance. Moreover, a 3D finite-element analysis using ANSYS has been performed to help understand the behaviour of unreinforced and strengthened walls. A micro-mechanical approach is adopted: bricks and mortar are modelled separately and linked together by a perfect bond. The Ansys concrete model, capable of cracking, is coupled with a multi-linear plasticity model in compression to describe mortar joints. In a first attempt, bricks exhibit a bilinear behavior law where the brick compressive strength is the elastic threshold; but this model fails to reproduce the resistances of the strengthened walls. To compensate for these overestimations and capture the experimental resistances, a post-pic softening behaviour is preferred for the bricks. To model strengthened walls, all composite strips are supposed to be perfectly linked with the masonry and a linear elastic law is used for the FRP reinforcements. TRC strips are either described by means of a linear law or represented using a heterogeneous approach where matrix and textile grids are modelled separately. In this case, grids are represented using a smeared approach and are embedded within the matrix mesh. So, displacement compatibility is totally satisfied between the textile and the cementitious matrix. The proposed numerical model tends to underestimate walls capacity deformation but ultimate loads and failure modes are in coherence with experimental results. Finally, existing analytical methods have been applied to assess unreinforced and strengthened walls performances. The results are then compared with the experimental data and a critical review is proposed. Existing models could be refined by taking into account more realistic behaviour laws and by relying on energy approaches to better reproduce dissipative mechanisms of TRC materials

L’objectif de ces travaux était l’utilisation d’oligomères de polyéthylène fonctionnels comme agents d’interface pour la formulation de matériaux polymères. Une première partie s’est portée sur la compréhension de l’évolution de la morphologie de mélanges composés d’une résine polypropylène ou polyéthylène et d’un oligomère de polyéthylène de faible masse molaire au cours de leur mise en œuvre et de leur cristallisation. Il a été constaté qu’un tel oligomère pouvait être incorporé sans difficulté aux résines sélectionnées, et ce grâce à une diffusion rapide ainsi qu’à une bonne miscibilité à l’état fondu. Cependant, il est apparu que ces mélanges étaient sujets à une séparation de phase solide-liquide lors de leur cristallisation, entraînant la formation de matériaux biphasiques à l’état solide. Dans une deuxième partie, un système réactif composé de deux oligomères fonctionnels a été étudié comme une potentielle stratégie de compatibilisation de mélanges polyéthylène/polyamide. Malgré les morphologies et propriétés intéressantes observées, il a été conclu que l’utilisation d’un tel système réactif n’était pas efficace comparé aux agents compatibilisants usuels. Enfin, des oligomères de polyéthylène fonctionnels ont été étudiés en tant qu’agents d’interface dans du polyéthylène renforcé par des fibres de verre dans l’optique d’en améliorer la facilité de mise en œuvre et les propriétés mécaniques. Il a ainsi été démontré que des oligomères avec les fonctionnalités appropriées pouvaient être utilisés comme agents d’interface en réduisant les interactions interparticulaires au cours de la mise en œuvre et en améliorant l’adhésion interfacial matrice-fibre à l’état solide / The objective of this work was to use end-functionalized polyethylene oligomers as interface agents in glass fibre-reinforced thermoplastics as well as compatibilizer precursors in immiscible polymer blends. The first part of this work was focused on the understanding of the morphology developments occurring during the melt processing and crystallization of binary systems where a low molar mass polyethylene oligomer was blended with polypropylene and polyethylene resins. It was found that the polyethylene oligomer was easily incorporated into the selected polyolefins thanks to rapid molecular diffusion and good miscibility in the molten state. However, it appeared that the blends underwent solid-liquid phase separation upon crystallization, leading to biphasic materials in the solid state. In a second part, a reactive system consisting of two functional oligomers was studied as a new strategy for the compatibilization of immiscible polyethylene/polyamide blends. Despite the interesting morphologies and properties observed, it was concluded that the use of such a reactive system did not result in efficient compatibilization compared to commonly used compatibilizer precursors. Lastly, polyethylene oligomers with various functionalities were investigated as interface agents in glass fibre-reinforced polyethylene, with the aim of improving both processability and mechanical properties. It was demonstrated that polyethylene oligomers with adequate functional groups could be successfully used as dispersants by reducing interparticle interactions during melt processing as well as coupling agents improving matrix-filler interfacial adhesion in the solid state

Le développement d’agents interfaciaux pour des matériaux composites renforcés de fibres est nécessaire afin d’obtenir des matériaux performants notamment pour l’industrie automobile. Le projet se concentre sur la synthèse d’oligomères à séquences contrôlées préparés par synthèse en phase solide par réaction d’amidification et de cycloaddition assistée par le cuivre entre un azoture et un alcyne pour introduire précisément des unités de phénylalanine et des groupes aliphatiques. Ces oligomères ont été testés comme agents interfaciaux pour des matériaux composites à base de polypropylène renforcés de fibres de Kevlar. Leur capacité à s’adsorber sur les fibres a été étudiée de façon qualitative par microscopie électronique à balayage et quantitative par analyse gravimétrique. Des expériences préliminaires sur des fibres de Kevlar traitées avec des oligomères synthétisés dans une matrice de polypropylène ont été réalisées pour estimer leur potentielle utilisation dans des matériaux composites. / The development of interfacial agents for fibre-reinforced composite materials is needed to obtain performant materials especially for the automotive industry. The project focused on the synthesis of sequence-controlled oligomers prepared by solid phase synthesis using amidation and copper-assisted alkyne-azide cycloaddition reactions to introduce precisely phenylalanine and aliphatic building blocks. These oligomers were evaluated as potential interfacial agents for Kevlar fibre-reinforced polypropylene composite materials. Their ability to adsorb on the fibres was investigated qualitatively by scanning electron microscopy and quantitatively by gravimetric analysis. Some preliminary experiments on the Kevlar fibres treated with some of the synthesised oligomers in a polypropylene matrix were conducted to estimate their potential use in composite materials.

Ce travail porte sur la simulation numérique et la modélisation du comportement thermo-mécanique des matériaux composites renforcés par des fibres. Spécifiquement les matériaux SMC (Sheet Moulding Compound) sont utilisés dans le processus de moulage par compression pour construire des pièces automobiles de haute performance. Ce travail est divisé en quatre chapitres, décrivant tout d’abord un modèle thermo-mécanique entièrement couplé pour les matériaux SMC standards et innovants à haute concentration en fibres (> 25% en volume). Le SMC est traité comme un mélange incompressible de fibre et de résine complété éventuellement par une phase de porosité compressible. Son anisotropie est modélisée au moyen de tenseurs structurels. La cinétique de réaction et de consolidation de la pièce est également modélisée et étudiée. Les données expérimentales mécaniques et thermiques enregistrées sur des échantillons de matériaux SMC sont comparées au modèle et à la solution numérique fournie par ce travail. D’un point de vue numérique, nous utilisons la méthode des domaines immergées o`u chaque phase est distinguée par une fonction distance signée. Nous décrivons le procédé de moulage par compression en proposant une résolution compressible anisotrope unifiée capable de décrire la transition compressible / incompressible du matériau SMC sous déformation. Cela permet de décrire la réponse mécanique du SMC et de prédire localement la consolidation (durcissement) de la pièce le long du cycle thermique. / This work deals with the numerical simulation and modeling of thermomechanical analysis of fiber reinforcedcomposites materials. Specifically for SMC (Sheet Molding Compound) materials that are used in compression molding processes to build automotive high performance parts. The work is divided into fourchapters, firstly describing a fully coupled thermo-mechanical model for standard SMC materials and for innovative SMC with high fiber concentration (> 25% in volume). The SMC is treated as an incompressible mixtureof fibers and paste complemented by a compressible porosity phase. Its anisotropy is modeled by means of structural tensors. Kinetic of reaction and consolidation of the part is also modeled and studied. Mechanicaland thermal experimental data recorded on samples of SMC materials are compared to the model and numerical solution provided in this work. A numerical framework, we use the immersed boundary method and the level set method. We describe the compression molding process by proposing an unified anisotropic compressible resolution able to describe the transition between compressible/ incompressible of SMC materials under deformation. We are able to describe the mechanical response of the SMC and to predict locally the consolidation (curing) of thepart throughout the thermal cycle.

Ce travail s'inscrit dans le contexte des techniques de renforcement des sols, permettant d'améliorer les performances mécaniques de terrains de qualité médiocre. Parmi ces techniques, l'utilisation d'inclusions souples prenant la forme de colonnes ou de tranchées croisées connaît une diffusion croissante. Même si les aspects relatifs à leur procédé de construction sont aujourd'hui bien maîtrisés, les méthodes de dimensionnement de ces ouvrages en sols renforcés restent à améliorer. Dans cette thèse, nous proposons d'utiliser la méthode d'homogénéisation afin d'analyser le comportement global des ouvrages en sols renforcés, dans le cadre de la théorie de l'élasticité (propriétés de rigidité) aussi bien que dans celle du calcul à la rupture (propriétés de résistance). Tenant compte de la périodicité géométrique des différentes configurations de renforcement, nous déterminons le comportement des sols renforcés tout d'abord au niveau local puis à l'échelle de l'ouvrage. Pour évaluer les capacités de résistance des ouvrages en sols renforcés, les approches statique et cinématique du calcul à la rupture sont mises en oeuvre analytiquement ou numériquement selon la nature du matériau de renforcement utilisé. Par des formulations numériques innovantes adaptées à cette théorie, nous parvenons notamment à évaluer les domaines de résistance macroscopiques des sols renforcés par colonnes ou tranchées croisées, qui peuvent ensuite être pris en compte dans le comportement à la rupture des ouvrages en sols renforcés. Deux exemples d'application de cette procédure, relatifs au problème de capacité portante d'une semelle de fondation reposant sur un sol renforcé d'une part et à l'analyse de la stabilité d'un remblai d'autre part, sont effectués.

Ce travail propose une optimisation de la conductivité électrique transverse des composites structuraux matrice/fibres de carbone. L'influence de la fonctionnalisation électrique de l'ensimage sur la conductivité des composites est particulièrement étudiée. Des feuillets submicroniques d'argent (AgNpts) ont été élaborés en présence de citrate de sodium (TSC). Leur morphologie plane est particulièrement adaptée à une dispersion dans un ensimage. Les feuillets ont été dispersés dans une matrice modèle. Le seuil de percolation électrique des feuillets est déterminé à 5,9 %. Cette valeur est cohérente avec un facteur de forme modéré, compris entre 12 et 28. L'ensimage fonctionnalisé a ensuite été déposé sur une mèche de fibres de carbone, elle-même imprégnée par une matrice PAEK hautes performances. Avant imprégnation des fibres de carbone, des fils submicroniques d'argent ont été introduits dans la matrice PAEK. Des composites matrice-fils submicroniques d'argent/fibres de carbone avec ensimage conducteur ont été mis en œuvre. Leur conductivité électrique est élevée (7 S.m-1), alors que la fraction volumique en particules d'argent (fils et feuillets) est inférieure à 1 % en volume. / This PhD thesis deals with the optimization of transverse electrical conductivity of Thermoplastic Carbon Fiber Reinforced Polymer. The influence of an electrically conductive sizing has been investigated. Silver nanoplates (AgNpts) have been successfully synthesized by a soft chemical reduction, with trisodiumcitrate (TSC) as surfactant. Silver nanoplates have been dispersed into a model matrix, percolation threshold has been determined near 5.9 % in volume fraction. This value is consistent with their moderate aspect ratio (between 12 and 28). Size and morphology of silver nanoplates are suitable for their dispersion in the sizing. Carbon fiber has been coated with conductive sizing. Carbon fiber will be further impregnated by a PAEK thermoplastic matrix. A higher conductivity level has been achieved by introducing silver nanowires in the PAEK matrix. Structural composites consisting of matrix-silver nanowires / continuous carbon fiber sized with conductive sizing have been elaborated. Their electrical conductivity reached 7 S.m-1 for a total silver volume fraction of 1 %.vol.

Au cours des dernières décennies, le développement de nouveaux matériaux a progressé pour les applications liées à la mécanique. De nouvelles générations de composites ont été développées, qui peut offrir des avantages par rapport aux tapis unidirectionnels renforcés de fibres couramment utilisés les matériaux prennent alors le nom de woven fabrics. Le comportement de ce matériau est fortement influencé par la micro-structure du matériau. Dans la thèse, les modèles mécaniques et les schémas numériques capables de modéliser les comportement des tissus et des matériaux de réseau généraux ont été développés. Le modèle prend en compte la micro-structure au moyen d'une technique d'homogénéisation. Les fibres dans le réseau ont été traités comme des micro-poutres, ayant une rigidité à la fois en extension et en flexion, avec différents types de connexions. La procédure développée a été appliquée pour obtenir les modèles mécaniques homogénéisés pour certains types de réseaux de fibres biaxiaux et quadriaxiaux, simulant soit des réseaux de fibres (en ce cas a été supposé parmi les fibres) ou des tissus avec une interaction négligeable entre les faisceaux de fibres et en empêchant tout glissement relatif (dans ce cas, les connexions ont été simulés au moyen de pivots). Différentes géométries ont été analysées, y compris la cas dans lesquels les fibres ne sont pas orthogonales. On obtient généralement un premier milieu à gradient mais, dans certains cas, la procédure d'homogénéisation lui-même indique qu'un continuum d'ordre supérieur est mieux adapté pour représenter la déformation de la micro-structure. Des résultats spéciaux ont été obtenus dans le cas de fibres reliées par pivots. Dans ce cas, un matériau orthotrope à module de cisaillement nul a été obtenu. Un tel matériau a un tenseur constitutif elliptique, il peut donc conduire à des concentrations de contrainte. Cependant, il a été montré que certaines considérations sur le comportement physique de tels réseaux indiqué que les termes d'ordre supérieur inclus dans l'expansion des forces internes et des déformations, de sorte qu'un matériau de gradient de déformation a été obtenu. Les résultats obtenus peuvent être utilisés pour la conception de matériaux spécifiques nécessitant des propriétés. Bien que le modèle de référence soit un matériau de réseau, les résultats obtenus peuvent être appliqué à d'autres types similaires de microstructures, comme des matériaux pantographiques, des micro-dispositifs composé de micro-poutres, etc. Ils étaient limités à la gamme d'élasticité linéaire, qui est petite déformation et comportement élastique linéaire. Ensuite, les simulations numériques ont été axées sur les tests d'extension et les tests de biais. Le obtenu configurations déformées sont conformes aux tests expérimentaux de la littérature, tant pour tissus équilibrés et non équilibrés. De plus, une comparaison entre les premier et deuxième gradients des prédictions numériques ont été effectuées. Il a été observé que les prédictions de deuxième gradient mieux simuler les preuves expérimentales. / In the past decades there has been an impressive progress in the development of new materials for mechanical related applications. New generations of composites have been developed, that can offer advantages over the unidirectional fibre-reinforced mats commonly used then materials take the name of woven fabrics. The behaviour of this material is strongly influenced by the micro-structure of the material. In the thesis mechanical models and a numerical scheme able to model the mechanical behaviour of woven fabrics and general network materials have been developed. The model takes in to account the micro-structure by means of a homogenization technique. The fibres in the network have been treated like microbeams, having both extensional and bending stiffness, with different types of connection, according to the pattern and detail of the network. The developed procedure was applied for obtaining the homogenized mechanical models for some types of biaxial and quadriaxial networks of fibres, simulating either fibre nets (in this case rigid connection were assumed among the fibres) or tissues with negligible interaction between the fibre bundles, and with relative sliding prevented (in this case the connections were simulated by means of pivots). Different geometries were analysed, including the cases in which the fibres are not orthogonal. A first gradient medium is usually obtained but, in some cases, the homogenization procedure itself indicates that a higher order continuum is better fit to represent the deformation of the micro-structure. Special results were obtained for the case of fibres connected by pivots. In this cases an orthotropic material with zero shear modulus was obtained. Such a material has a not elliptic constitutive tensor, thus it can lead to strain concentrations. However, it was shown that some considerations about the physical behaviour of such networks indicated that higher order terms had to be included in the expansion of the internal forces and deformations, so that a strain gradient material was obtained. The results obtained can be used for the design of specific materials requiring ad-hoc properties. Although the reference model is a network material, the results obtained can be applied to other similar kinds of microstructures, like pantographic materials, micro devices composed by microbeams etc. They have been limited at the range of linear elasticity, that is small deformation and linear elastic behaviour. Then, numerical simulations were focused on extension tests and bias tests. The obtained deformed configurations are consistent with the literature experimental tests, both for balanced and unbalanced tissues. Moreover, a comparison between first and second gradient numerical predictions was performed. It was observed that second gradient predictions better simulate the experimental evidences.